何 華

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，西安 710021)

0 引言

發(fā)電廠鍋爐受熱面管失效給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)損失，困擾著企業(yè)的安全生產(chǎn)。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，爐內(nèi)四管(過(guò)熱器管、再熱器管、水冷壁管、省煤器管)事故占國(guó)內(nèi)鍋爐事故總數(shù)的2/3左右[1-5]。電站水冷壁管由于長(zhǎng)期在高溫高壓腐蝕等惡劣條件下運(yùn)行，發(fā)生爆管泄漏是熱電廠常見(jiàn)的事故。電站直流鍋爐后墻水冷壁折焰角下部向火側(cè)，從爐左往爐右數(shù)第26根水冷壁管子上存在2個(gè)泄漏點(diǎn)。

通過(guò)宏觀檢查、金相組織試驗(yàn)、內(nèi)壁氧化皮檢查等方法，對(duì)該電廠鍋爐的水冷壁爆管原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 設(shè)備概況

該鍋爐為亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐，為單爐膛、露天布置、全鋼構(gòu)架、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣燃煤汽包爐。水冷壁2個(gè)泄漏點(diǎn)位于折焰角下部(見(jiàn)圖1、圖2)，為防止膜態(tài)沸騰, 設(shè)計(jì)材料為210C鋼，規(guī)格為φ63.5 mm×7 mm的內(nèi)螺紋鰭片管, 管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度為366 ℃，工作壓力為19.83 MPa。截至本次泄漏，已累計(jì)運(yùn)行87 993 h，起停102次。

圖1 爆管位置示意圖Fig.1 Location of explosion pipe

圖2 2處泄漏點(diǎn)宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of two leakage points

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀檢查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，管系上存在2個(gè)泄漏區(qū)域，分別位于兩根管子上(從爐左往爐右數(shù)第25、26根)，原始泄漏點(diǎn)位于讓位管密封盒上部水冷壁制造廠手工電焊焊縫上(標(biāo)高4 100 mm)。爆口檢查發(fā)現(xiàn)該焊縫上存在一處貫穿性孔洞(直徑1.5 mm)，見(jiàn)圖3。將管子從孔中心剖開(kāi)，如圖3所示，圖中紅色箭頭為沖刷方向，原始泄漏點(diǎn)沖蝕痕跡由原始?xì)饪變?nèi)向外，從臨管反沖過(guò)來(lái)的介質(zhì)沖蝕方向?yàn)閺耐獗诔瘍?nèi)，根據(jù)介質(zhì)對(duì)管壁沖蝕痕跡可以看出，該孔洞為原始泄漏點(diǎn)。

相鄰的第27根管道及本管上又發(fā)現(xiàn)7處吹損的泄漏點(diǎn)，吹損順序及形貌見(jiàn)圖4，通過(guò)外壁沖蝕痕跡也可判斷該孔洞為原始泄漏點(diǎn)。

圖3 焊縫氣孔及剖面圖 Fig.3 Section of weld hole

圖4 吹損部位及順序示意圖Fig.4 Diagram of the area and order of blow damage

爆口位于距原始泄漏點(diǎn)上部2.39 m密封盒讓位管外弧處，爆口形貌呈喇叭狀，縱向長(zhǎng)80.39 mm，最大開(kāi)度45.91 mm，邊緣光滑、銳利，呈撕裂狀。對(duì)爆口周邊進(jìn)行測(cè)厚，結(jié)果見(jiàn)圖5，管壁厚度從7 mm減薄至不足3 mm。爆口附近未觀察到微裂紋且管段脹粗，管子的橫截面由原始的圓形變成橢圓形，內(nèi)壁無(wú)明顯氧化皮。以上均是短期過(guò)熱爆管的基本特征[6-7]。

圖5 爆口周邊測(cè)厚結(jié)果 (單位：mm)Fig.5 Thickness testing results around the explosion mouth (unit:mm)

2.2 顯微組織分析

在爆口處沿橫截面截開(kāi)制備含爆口的金相環(huán)，取樣后進(jìn)行浸蝕，在Leica DMI 3000M型光學(xué)顯微鏡下對(duì)管樣進(jìn)行顯微組織觀察，依據(jù)DL/T 884—2004[8]及DL/T 674—1999[9]對(duì)送檢管樣進(jìn)行金相顯微組織分析與評(píng)定。

圖6為含爆口金相環(huán)顯微組織。由圖6可見(jiàn)：爆口處顯微組織為鐵素體+貝氏體，珠光體碳化物已球化，此時(shí)的過(guò)熱溫度約在Ac1～Ac3；而遠(yuǎn)離爆口位置的顯微組織為鐵素體+珠光體，珠光體和鐵素體呈帶狀取向特征，帶狀取向特征是軋制時(shí)變形所致。結(jié)合爆口形貌分析，爆口為短時(shí)超溫所致[10]。

2.3 氧化皮厚度測(cè)量

對(duì)含爆口金相環(huán)顯微組織試樣在金相顯微鏡下進(jìn)行內(nèi)外壁氧化皮精確測(cè)量，測(cè)量位置及結(jié)果見(jiàn)圖7。含爆口金相環(huán)爆口處附近的內(nèi)外壁氧化皮較薄，內(nèi)壁氧化層平均厚度約25 μm，外壁氧化層平均厚度約68 μm，氧化皮厚度及形態(tài)未見(jiàn)異常。

圖6 含爆口金相環(huán)顯微組織 Fig.6 Microstructure of the ring section with explosion mouth

圖7 內(nèi)外壁氧化皮及其測(cè)量位置Fig.7 Oxidation skin of inner and outer walls and its measurement position

3 分析與討論

原焊縫中的氣孔是在焊接過(guò)程中，熔池中的氣體未完全溢出熔池(一部分溢出)，而熔池已經(jīng)凝固，在焊縫表面形成。該氣孔在制造廠后續(xù)的檢測(cè)中，處于射線檢測(cè)的盲區(qū)，難以檢出，遺留于制造焊縫中。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)管內(nèi)爐水含O量較高時(shí)，緊貼在爐管內(nèi)壁的積垢產(chǎn)生不同濃度的氧。積垢會(huì)引起嚴(yán)重的局部腐蝕，金屬極易被溶掉，容易造成垢下腐蝕；此外，該氣孔已經(jīng)破壞了內(nèi)壁的保護(hù)膜，pH值過(guò)低的爐水會(huì)發(fā)生酸性腐蝕。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的垢下腐蝕和酸腐蝕，焊縫氣孔逐漸向外擴(kuò)展直至穿透，發(fā)生泄漏。宏觀檢查可發(fā)現(xiàn)該氣孔為原始泄漏點(diǎn)，該泄漏點(diǎn)造成管與臨管間相互吹損，加大了泄漏面積與流量，管內(nèi)介質(zhì)流量因此而減少，導(dǎo)致上部管段產(chǎn)生短時(shí)過(guò)熱，最終發(fā)生爆管。

4 改進(jìn)措施

1)在結(jié)構(gòu)相似、溫度較高部位增加溫度測(cè)點(diǎn)，運(yùn)行中加強(qiáng)監(jiān)控；

2)對(duì)所有密封盒讓管對(duì)接焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)，對(duì)讓管對(duì)接焊縫內(nèi)外側(cè)密封焊角焊縫及附近區(qū)域進(jìn)行滲透探傷；

3)對(duì)所有讓管彎管外弧進(jìn)行宏觀檢查及壁厚測(cè)量，對(duì)折焰角區(qū)域其他水冷壁直管段進(jìn)行宏觀檢查及測(cè)厚抽查；

4)在下次啟動(dòng)前進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

5 結(jié)論

1)水冷壁讓位彎管爆管原因?yàn)椋夯ㄆ谶z留在管內(nèi)壁焊縫上的氣孔在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中受到腐蝕擴(kuò)展至穿透管壁；

2)泄漏蒸汽對(duì)爆管與鄰近管進(jìn)行來(lái)回吹掃，導(dǎo)致管內(nèi)介質(zhì)減少，該管上部彎頭產(chǎn)生短時(shí)過(guò)熱，最終發(fā)生爆管。